Характеристика екології

Сучасна екологія вирішує ряд питань, серед яких:

розробка класифікації екосистем

вивчення функціональної структури екосистем всіх рангів

вивчення факторів, що підтримують сталість (гомеостаз) екосистем

визначення гранично допустимих антропогенних навантажень на екосистеми

розробка основних принципів керування екосистемами і раціонального їх використання

розробка біологічних методів захисту рослин

створення всесвітньої системи збереження генофонду Землі.

Екологія складається з трьох взаємопов’язаних наукових підрозділів: аутекології (екології особин), демекології (екології популяцій) та синекології (екології угрупувань або біоценозів ).

Аутекологія ( екологія особин від англ. out- зовні + екологія ) - розділ екології, що вивчає взаємодію окремих організмів з навколишнім середовищем. За визначенням російського біолога І.М. Сєченова, живий організм - це саморегульований у часі механізм, який є специфічною динамічною системою і тісно пов’язаний зі своїм середовищем обмінним процесом. Організми можуть існувати лише тоді, коли безперервно використовують із середовища потрібні для них хімічні елементи та енергію, які виводять в навколишнє середовище продукти своєї життєдіяльності. Життєве середовище (середовище місцепроживання) - це та частина природи, яка оточує живий організм і з якою він безпосередньо взаємодіє. Пристосування організмів до середовища називається адаптацією. Здатність до адаптації - одна з основних властивостей життя, тому що вона забезпечує саму можливість його існування, можливість організмів виживати і розмножуватись. Адаптація відбувається на рівні виду та організму.

Під екологічними факторами (факторами життєвого середовища) розуміють будь-які елементи або умови навколишнього середовища, які діють на організми і на які останні реагують пристосувальними (адаптивними) реакціями. Екологічні фактори поділяють на абіотичні, біотичні та антропічні. Вони можуть бути або шкідливі для організма, або сприяти виживанню і розмноженню їх.

До абіотичних факторів належать кліматичні (світло, температура, вологість повітря, атмосферні опади, радіоактивне випромінювання тощо), едафічні (механічний та мінеральний склад грунту, гумус, грунтовий розчин, аерація грунтів, лісова підстилка тощо), орографічні (рельєф, нахил схилу, експозиція) та геологічні.

Біотичні фактори - це фактори впливу на організми життєдіяльності інших тварин, рослин та мікроорганізмів. Впливи можуть бути найрізноманітнішими - від дуже сприятливих до різко негативних. Між представниками різних видів організмів, що населяють екосистему, крім нейтральних можуть існувати такі види зв’язків:

- мутуалізм, коли представники двох видів організмів своєю життєдіяльністю сприяють один одному: наприклад, комахи, збираючи нектар, запилюють квітки; мурашки, опікаючи попелиць, живляться їхніми солодкими виділеннями:

- коменсалізм, коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому: наприклад, рибка - прилипайло знаходить захист і живиться біля акули ( мутуалізм і коменсалізм, називають ще симбіозом );

- паразитизм, коли одні істоти живляться за рахунок споживання жи-

вої тканини господарів: наприклад, кліщі, блохи, блощиці, воші, глисти, омела, деякі гриби тощо;

- хижацтво, коли одні організми вбивають інших і живляться ними;

- алелопатія, коли одні організми виділяють речовини, шкідливі для інших: наприклад, фітонциди, що виділяються деякими вищими рослинами, пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів; токсини, що виділяються під час “ цвітіння “ води у водоймищах, отруйні для риби та інших тварин;

- конкуренція - боротьба між представниками різних видів за єжу, воду, повітря, світло, життєвий простір; боротьба тим жорстокіша, чим більш споріднені і близькі у вимозі до умов середовища види організмів, що конкурують, тобто, чим ближчі екологічні ніші, які вони займають.

Антропічні (антропогенні) фактори - це фактори впливу на організми людської діяльності ( переважно негативного впливу ). До них належать хімічне, радіоактивне та інші види антропогенного забруднення природного середовища, різноманітні фізичні навантаження ( забудова, гірничо-видобувна діяльність, комунікаційні мережі, рекреація тощо ).

Види тварин і рослин здатні переносити значні коливання того чи іншого екологічного фактора - еврибіонтні, а ті, що погано переносять такі коливання, називаються стенобіонтними.

До стенобіонтівможна віднести форель, далекосхідного рябчика, глибоководних риб, орхідеї;до еврибіонтів- колорадського жука, пацюків, вовків, тарганів, очерет, пирій. У межах еврибіонтів та стенобіонтів залежно від конкретного фактора організми поділяють на евритермні та стенотермні (за реакцією на температуру), евригалінні й стеногалінні (за реакцією на солоність водного середовища), еврифоти та стенофоти (за реакцією на освітлення). Слід наголосити, що в природі екологічні фактори діють комплексно. Важливим є також поняття, лімітуючі фактори - такі, рівень (доза) яких наближається до межі витривалості організму, концентрація якого нижча або вища оптимальної. Найчастіше це температура, світло, біогенні речовини, течії та тиск у середовищі, пожежі тощо.

Таким чином, саме екологічні дослідження, пов’язані з визначенням впливу екологічних факторів на існування й розвиток окремих видів організмів, взаємозв’язків організму з довкіллям, є предметом наукового підрозділу екології - аутекології.

Демекологія ( екологія популяції ) - підрозділ загальної екології, який вивчає популяції різних видів організмів, що населяють екосистему, їхню взаємодію між собою та з абіотичним середовищем. Популяція - сукупність особин одного виду організмів, що населяють більш-менш однорідну ділянку земної поверхні і певною мірою ізольовані від особин інших популяцій цього виду. Внаслідок цієї ізоляції з часом у кожній популяції розвиваються свої специфічні особливості, які відрізняють їх від інших популяцій даного виду. Зрештою, кожна з таких популяцій може перетворитись на самостійний вид, який втрачає здатність схрещуватись з іншими спорідненими видами.

Кожна популяція займає певну територію або акваторію, розміри якої залежать від багатьох причин: наявності умов для існування даного виду, кількості особин у популяції, маси особин тощо. Ареали (площі поширення) популяцій різних видів різко відрізняються. Кожна популяція, як правило, починається з пари або невеличкої групи особин, яка в процесі розмноження займає придатний для виду життєвий простір, заповнюючи відповідну екологічну нішу. Зростання чисельності спочатку йде стрімко, потім сповільнюється, а при досягненні певної чисельності, яка відповідає максимальній місткості даного середовища, настає стабілізація. Подальші коливання чисельності описуються синусоїдою вздовж часової осі. Густина популяції визначається кількістю особин, що припадають на одиницю площі чи об’єму. Сезонні та багаторічні коливання чисельності популяції, а також зменшення або збільшення площі, яку вона займає, називають динамікою популяції. Є популяції стабільні і лабільні. У дрібних тварин та однорічних рослин динаміка популяції велика і залежить від кліматичних умов, наявності ворогів (хижаків, паразитів), кількості та якості їжі. Розселенню та переселенню популяцій сприяють зміни умов навколишнього середовища, вплив хижаків тощо. Умови формування структури й динаміки популяцій якогось виду є предметом вивчення демекології, яка є об’єктом дослідження, виділяє дем - локальну популяцію невеликої кількості, відносно ізольовану від інших на протязі життя декількох поколінь.

Синекологія (екологія угрупувань чи біоценозів) вивчає угрупування організмів, що населяють екосистеми та взаємодію їх з біотичним середовищем існування. Кожна система - єдиний природний комплекс, утворений за довгий період існування живими організмами й середовищем, де всі компоненти тісно пов’язані обміном речовин і енергії - складається з біоценозу та біотопу.

Біотоп - це ділянка поверхні Землі з більш-менш однотипними умовами існування (грунтом, мікроклімати тощо). Біоценоз - це історично складена сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяє певний біотоп. Відповідно до цього кожний біоценоз складається з фітоценозу (угрупування рослин), зооценозу (угрупування тварин) та мікробіоценозу (угрупування мікроорганізмів).

Під видовим складом біоценозу розуміють той набір видів тварин, рослин і мікроорганізмів, який його складає. Разом зі зміною умов існування змінюється видовий склад біоценозу, один біоценоз поступово змінюється на інший. Послідовну зміну одних угрупувань організмів на інші, внаслідок чого формуються біоценози, існуванню яких найбільше відповідають умови середовища, називають сукцесією. Причиною сукцесій є зміни умов середовища. Первинними сукцесіями називають освоєння живими організмами площ, які до цього не були заселені. Біоценози, що змінюють один одного, утворюють серії. Кінцевим етапом їх еволюції є стабільний біоценоз, що перебуває у динамічній рівновазі (гомеостазі) з середовищем. Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається через речовинно - енергетичний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речовин, який здійснюється внаслідок існування трофічних ланцюгів (ланцюгів живлення).

Ланцюг живлення - взаємовідносини між організмами під час переносу енергії їжі від її джерела (земної рослини) через ряд організмів (шляхом поїдання) на більш високі трофічні рівні. Наприклад, у водоймах фітопланктон поїдається зоопланктоном, останній - дрібною рибою, що є здобиччю великих риб-хижаків, які, в свою чергу, споживаються людиною. Слід зазначити, що у процесі кожного чергового переносу енергії їжі більша частина (80-98%) потенціальної енергії губиться, переходячи в теплоту.

У ланцюгах живлення беруть участь організми трьох трофічних груп: продуценти, консументи та редуценти. Кількість ланок звичайно не перевищує 3-5. Продуценти (автотрофні організми, до яких належать рослини і деякі мікроорганізми ) у процесі фотосинтезу або хемосинтезу перетворюють сонячну променеву енергію на хімічні зв’язки елементів у органічних сполуках ( вуглеводах, жирах, білках ). Консументи (всі тварини, гриби, рослини-паразити - гетеротрофи ) для свого існування споживають органічні речовини, створені продуцентами. Існують консументи І порядку - ті, що живляться безпосередньо рослинами, та консументи ІІ порядку - хижаки. Редуценти (бактерії, гриби і ряд безхребетних тварин) живляться трупами, екскрементами та рослинним опадом і, розкладаючи їх, зумовлюють поступовий перехід органічних сполук у неорганічні.